根系是植被的重要组成部分，它吸收土壤水分供给植被蒸腾，吸收土壤养分供给植被生长，并进行生命体的合成。它是联系土壤—植被—大气系统的重要纽带，也是准确量化植被与气候之间相互作用的重要因子。植被根系的动态变化，包括根系动态分布、水力再分配等过程，通过改变根系吸水量与土壤含水量，影响土壤蒸发、植被蒸腾、光合作用等过程，进而改变陆气水分、能量、物质的交换，最终影响气候。因此，在陆面过程模式中合理表示植被根系动态变化，对深入理解植被与气候间的相互作用具有重要意义。本博士论文的研究目标是构建考虑植被根系动态分布及水力再分配的陆面过程模式及地球系统模式，研究并揭示植被根系动态变化对陆地生态系统碳水循环的影响及其对气候的反馈作用机理，以增强对植被—气候相互作用的理解。围绕上述研究目标，本论文在陆面过程模式评估、发展与应用等方面开展研究。论文主要成果总结如下:　　(1)评估了陆面过程模式CLM4.5的模拟能力，探讨了不同地表覆盖资料及不同根系分布方案对模拟结果的影响。利用基于观测的升尺度植被总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)数据MTE_GPP，评估了陆面过程模式CLM4.5对中国区域GPP时空变化特征及规律的模拟能力，并探讨了GPP模拟对不同土地覆盖资料及不同根系分布的敏感性。结果表明:考虑碳氮相互作用的陆面过程模型CLM4.5-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间格局，表现为由东南向西北递减，并合理模拟各植被功能型GPP的季节变化(与MTE_GPP相关系数均大于0.9);相比温度和辐射，降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子;土地覆盖资料的不同会造成GPP的显著变化，准确的土地覆盖数据可以减小模型GPP模拟的不确定性;另外，根系分布的差异对GPP也有显著影响，最大变化幅度可达40％。　　(2)构建了考虑植被根系动态分布及水力再分配的陆面过程模式，研究并揭示了根系动态变化对陆地碳水循环的影响。基于CLM4.5，构建了考虑根系随环境动态生长及水力再分配的陆面模式，并通过对亚马逊区域及全球模拟试验，揭示了根系动态分布及水力再分配对陆地碳水循环的影响。结果表明:在亚马逊区域BRSa3站点(3.02°S，54.97°W)，根系动态分布使得更多深层土壤水被根系吸收供给植被蒸腾，减小土壤水分对植被的胁迫，从而改善了模型对干旱季GPP、潜热通量(Latent heat flux，LE)、表层土壤湿度的低估，均方根误差分别减小0.4gC m-2 day-1，5.0Wm-2，0.03m3 m-3;全球模拟试验表明根系动态分布可以减小模型部分地区GPP的低估，整体空间相关系数有所增加。在亚马逊区域BRSa3站点，湿润季根系水力再分配作用较小（只发生在夜间），土壤水在夜间由上层向下层传输，量值不足0.1mm day-1;在干旱季水力再分配作用明显，土壤水在夜间由下层向上层传输，最大值可达0.3mm day-1，减小了干旱季土壤水分胁迫，改善了模型对GPP和LE的低估，分别增加10％和15％;全球试验表明考虑根系水力再分配作用的模型，既减小了北半球中高纬地区GPP的高估，也改善了热带亚热带地区GPP的低估。　　(3)构建了综合考虑根系动态分布及水力再分配的地球系统模式，并通过耦合试验探讨根系动态变化的气候反馈作用。将根系动态分布及水力再分配方案同时耦合到陆面过程模式CLM4.5中，并与地球系统模式CESM耦合，通过陆气耦合试验探讨根系动态变化对气候的影响。数值模拟试验表明:在地球系统模式中考虑根系动态分布和水力再分配作用后，低纬地区植被蒸散发增加约200mmyr-1，使得地表潜热通量增加，导致南亚、南美亚马逊地区、非洲南部等地气温降低，变化幅度可达-2℃;在亚马逊东北部、非洲西海岸及印度尼西亚地区，受局地陆面反馈及大尺度水汽平流输送的共同影响，降水有不同程度的增加，最大幅度可达200mmyr-1。总体而言，根系动态变化对这些区域有一定程度的降温增湿效应。